54

6. Розрахунок окремих каскадів підсилювача низької частоти

Розрахунок окремих каскадів підсилювача низької частоти проводиться в такій послідовності:

• вихідний каскад;

• проміжні каскади;

• вхідний каскад.

Вихідними даними до розрахунку будь-якого каскаду є:

• опір навантаження каскаду R_H;

• потужність, яку необхідно віддати в навантаження Р_Н;

• напруга на навантаженні U_H або струм в навантаженні І_Н;

• опір джерела сигналу R_ДЖ, якщо це вхідний каскад;

• напруга джерела живлення Е_Ж;

• нижня гранична частота F_H;

• верхня гранична частота F_В;

• допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті M_Н;

• ємність навантаження С_Н або еквівалентна ємність наступного каскаду С_ЕКВ.

В результаті проведеного розрахунку повинні бути визначені:

- номінальні значення опорів, які забезпечують режими роботи транзистора;

• вихідний опір каскаду R_ВИХ;

• вхідний опір каскаду R_ВХ;

• коефіцієнт підсилення каскаду за напругою K_U;

• амплітуда вхідного сигналу U_ВХ;

• частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті М_В;

• номінальні значення ємностей розділювальних та блокувальних конденсаторів;

• потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора Р_К;

• потужність, яка споживається від джерела живлення Р₀.

6.1. Розрахунок вхідного емітерного повторювача

Принципова схема вхідного емітерного повторювача наведена на рис. 3.3. Методика розрахунку каскаду наступна.

1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:

, (6.1)

або

. (6.2)

2. Вибирають струм спокою транзистора І_К0 з умови:

І_К0 = (2...3) . (6.3)

Якщо внаслідок розрахунку І_К0 < 1 мА, то слід вибирати І_К0 = 1 мА, щоб транзистор не працював у мікрорежимі, коли значно зменшується коефіцієнт підсилення транзистора за струмом. Якщо вибрано мікрорежим, то необхідно враховувати зменшення коефіцієнта підсилення за струмом h_21E у відповідності з довідковими даними на транзистор. При відсутності таких даних зменшення h_21E становить 2,5...4 рази при зменшенні струму колектора транзистора по відношенню до струму колектора транзистора, рівного 1 мА, 10 разів. Аналітично розрахувати значення коефіцієнту підсилення транзистора за струмом в мікрорежимі h_21ЕМ можна за допомогою виразу:

, (6.4)

де І_К0 = 1 мА, І_К0М – вибране значення струму колектора в мікрорежимі.

3. Розраховують номінальне значення опору резистора R3 з умови, що спад напруги на транзисторі і резисторі в статичному режимі є рівними:

. (6.5)

Значення опору резистора вибирають із стандартного ряду Е24 (див. Додаток 6), Типи використовуваних постійних резисторів С2-23, С2-33, змінних - СП3-29. Потужність, яка розсіюється резистором P_R, розраховують у відповідності з виразом:

P_R = I_R²  R (6.6)

або

P_R = U_R² / R. (6.7)

де I_R – струм, який протікає через резистор, U_R – спад напруги на резисторі, R - опір резистора. З метою усунення перегріву елементів схеми номінальну потужність розсіювання резистора вибирають не менше, ніж з двократним запасом.

4. Розраховують струм бази транзистора, який забезпечує режим роботи каскаду:

. (6.8)

Розрахунок каскаду можна проводити з використанням транзистора з мінімальним коефіцієнтом підсилення за струмом або з середньостатистичним. В першому випадку

, (6.9)

в другому випадку

. (6.10)

5. Визначають струм дільника базового зміщення:

. (6.11)

6. Розраховують номінальне значення опорів резисторів дільника базового зміщення:

, (6.12)

, (6.13)

. (6.14)

7. У відповідності з (3.23) розраховують вхідний опір транзистора емітерного повторювача та вхідний опір каскаду:

,

де

,

.

.

8. Перевіряють, чи виконується умова:

. (6.15)

Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшим коефіцієнтом підсилення за струмом h_21E.

Якщо загальний коефіцієнт підсилення наступних каскадів є таким, що сумарний коефіцієнт підсилення значно перевищує необхідний, то можна залишити вибраний транзистор, врахувавши втрати підсилення в першому каскаді.

9. У відповідності з (3.24) розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:

.

10. У відповідності з (3.26) визначають вихідний опір каскаду:

.

11. У відповідності з (3.27), (3.28) та (3.29) розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:

;

;

С_ЕКВ = С_К.

12. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:

. (6.16)

13. Розподіляють частотні спотворення каскаду на нижній граничній частоті М_Н між конденсаторами С1 та С2:

. (6.17)

14. У відповідності з (4.16) розраховують значення ємностей розділювальних конденсаторів С1 та С2:

,

де

;

.

Значення ємностей електролітичних конденсаторів вибирають з ряду Е3 (див. Додаток 6). Значення ємностей постійних конденсаторів вибирають з ряду Е12 (див. Додаток 6). Можливий тип використовуваних постійних конденсаторів К10-17.

15. Розраховують необхідну амплітуду вхідного сигналу:

.

16. Перевіряють виконання умови

.

Якщо умова не виконується, то необхідно змінити схему підсилювача з метою збільшення коефіцієнта підсилення за напругою за рахунок збільшення числа проміжних каскадів або використання транзисторів з більшим коефіцієнтом підсилення за струмом h_21E.

Якщо виконується умова

,

то необхідно передбачити регулювання амплітуди сигналу, наприклад, використавши для резистора R3 змінний резистор СП3-29.

17. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора:

.

Перевіряють, чи виконується умова:

Р_К < Р_КД.

Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою Р_КД.

18. Розраховують потужність, яка споживається каскадом від джерела живлення:

Р₀ = Е_Ж  І_К0.